物联网广告牌控制系统的硬件设计

张春雨

摘 要：物联网就是物物相连的互联网。其含义有两层：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。该文介绍的是将物联网技术应用于广告牌当中的一种硬件的应用设计，主要核心技术为ZIGBEE局域网的建立及信息的远程数据传输。

关键词：物联网 射频识别 ZIGBEE局域网

中图分类号：TN87 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（a）-00-01

物联网广告牌控制系统框图如图1所示，由MCU、SIM900、zigbee的主节点及计算机构成系统的上位机；zigbee的功能节点和LED 广告牌构成下位机。该系统即可以通过计算机对广告牌数据进行局域网的广播和数据更新，也可以通过用户手机，以发送短信的形式对LED广告牌进行远距离广播和数据传输。（功能芯片说明：SIM900为SIMCOM公司的通信模块。它属于四频GSM/GPRS模块，完全采用SMT封装形式，同时采用了功能强大的ARM926EJ-S芯片处理器。SIM900采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS 850/900/1800/1900 MHz，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输。另外，SIM900的尺寸大小为24×24×3mm，能适用于M2M应用中的各类设计需求，尤其适用于紧凑型产品设计。Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。本设计建议使用鼎泰克公司的zigbee无线通信模块。）

计算机通过zigbee主节点对外进行广播及数据更新流程：在计算机中编辑想要发送的信息，通过串口将信息发送至MCU，再经过MCU处理，将数据传至zigbee的主节点模块，主节点模块收到数据后，以广播或者点对点的形式无线传输给下位机的zigbee功能节点，功能节点再将数据转送给LED广告牌，实现远距离的数据传输和信息的更新。此种传输方式可以最大更新500个汉字，能传输汉字的个数与MCU中EEPROM的容量有关，如果选择更大容量的EEPROM，则可以传输更多的汉字来达到用户的要求。用户手机通过zigbee主节点对外进行广播及数据更新流程：手机远程更新广告牌的原理与计算机更新广告的流程大致相同，其基本流程为用户编辑短信并发送→SIM900模块接收短信数据并通过串口传输至MCU→MCU将数据处理传送至zigbee主节点→zigbee主节点以广播或者点对点的方式发送至zigbee功能节点→zigbee功能节点同样通过串口将数据更新至广告牌并显示。手机远距离传输的传输方式最大可以更新70个汉字，这是因为中国电信规定每条短信不能超过70字。手机发送信息的模式与计算机发送信息的模式最大的不同是手机发送没有距离的限制，比较适合紧急的情况进行信息的传送；而计算机则只能通过zigbee进行数据发送，如果想达到足够远的距离，必须在每1.6 km处添加一个新的zigbee模块。系统电源部分应该一共有两种。一种是SIM900的4 V电源，另外一种是zigbee模块的3.3 V电源，由于SIM900模块需要较大的电流才能稳定工作，所以在稳压器件的选择上选择29302可调稳压，其输出电流可达3 A。3.3 V电源则使用比较常见的1117三端稳压器件。系统上位机主节点与下位机主节点采用同一电路，如果单片机下载的程序为上位机主节点程序，则该模块为上位机主节点功能；如果单片机下载的程序为功能节点程序，则该模块为下位机功能节点。

由于zigbee模块为3.3 V器件，所以在MCU器件的选择上，最好选择3.3 V的芯片，方便MCU与zigbee模块的通信匹配问题。市面上比较常见的LED广告牌，大多使用串口DB9的标准接口，所以在下位机功能节点模块上应附着MAX3232通信模块，该芯片为电平转换芯片，可以将3.3 V电平转换为12 V电平，该接口方式同样也适用于上位机主节点，如果这样设计，则上位机主节点则必须连接计算机的DB9接口，这样设计其实对于有些笔记本电脑是有缺陷的，因为笔记本大部分是不带DB9接口的。PL2303是一种USB转串口的通信芯片，它可以将计算机上的USB接口虚拟为DB9接口，以串口的通信协议进行数据的传输，这样设计不仅仅可以使台式机可以连接上位机主节点，还可以使笔记本电脑与其连接实现数据的传输。用户手机信息接收模块（SIM900）是用来接收用户手机所发送的短信，该模块是SIMCOM公司出品的通信模块，使用2.4G无线通信频率，需要注意的是SIM900在接收短信或者发送短信时，其功率有可能达到最大值（电流可达到2A），所以在设计电路时，需要将SIM900的电源和地加粗来满足2A电流的通过。

物联网LED广告牌告别了传统的需要人力将数据进行硬性连接并更新数据的方式，使用无线zigbee传输，让用户更加方便灵活的控制LED显示屏，它标志了物联网技术的一种新型应用领域。相信过不了多久，数据传输将不仅仅限于文字。图像、声音等等信息也将实现无附加费用的，高效率的数据传输。